高考物理大一轮复习 第九章 磁场 能力课2 带电粒子在复合场中的运动问题课时训练（含解析）粤教版-粤教版高三全册物理试题.doc

能力课2带电粒子在复合场中的运动问题一、选择题(14题为单项选择题，58题为多项选择题)1(2017·河南洛阳市统考)如图1所示，一个静止的质量为m、带电荷量为q的带电粒子(不计重力)，经电压U加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，粒子最后落到P点，设OPx，下列图线能够正确反映x与U之间的函数关系的是()图1解析带电粒子在电场中加速时，由动能定理得qUmv2，而在磁场中偏转时，由牛顿第二定律得qvBm，依题意x2r，联立解得x，因此正确答案为B。答案B2(2016·厦门一模)如图2所示，空间的某个复合场区域内存在着竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场。质子由静止开始经一加速电场加速后，垂直于复合场的边界进入并沿直线穿过场区，质子(不计重力)穿过复合场区所用时间为t，从复合场区穿出时的动能为Ek，则 ()图2A若撤去磁场B，质子穿过场区时间大于tB若撒去电场E，质子穿过场区时间等于tC若撒去磁场B，质子穿出场区时动能大于EkD若撤去电场E，质子穿出场区时动能大于Ek解析质子在电场中是直线加速，进入复合场，电场力与洛伦兹力等大反向，质子做匀速直线运动。若撤去磁场，只剩下电场，质子做类平抛运动，水平分运动是匀速直线运动，速度不变，故质子穿过场区时间不变，等于t，A错误；若撒去电场，只剩下磁场，质子做匀速圆周运动，速率不变，水平分运动的速度减小，故质子穿过场区时间增加，大于t，B错误；若撤去磁场，只剩下电场，质子做类平抛运动，电场力做正功，故末动能大于Ek，C正确，若撤去电场，只剩下磁场，质子做匀速圆周运动，速率不变，末动能不变，仍为Ek，D错误。答案C3医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度。电磁血流计由一对电极a和b以及磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的。使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图3所示。由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差。在达到平衡时，血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零。在某次监测中，两触点的距离为3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160 V，磁感应强度的大小为0.040 T。则血流速度的近似值和电极a、b的正负为()图3A1.3 m/s，a正、b负 B2.7 m/s，a正、b负C1.3 m/s，a负、b正 D2.7 m/s，a负、b正解析血液中正负离子流动时，根据左手定则，正离子受到向上的洛伦兹力，负离子受到向下的洛伦兹力，所以正离子向上偏，负离子向下偏。则a带正电，b带负电。最终血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零，有qqvB，所以v m/s1.3 m/s。故A项正确，B、C、D三项错误。答案A4(2017·湖北孝感)中国科学家发现了量子反常霍尔效应，杨振宁称这一发现是诺贝尔奖级的成果。如图4所示，厚度为h，宽度为d的金属导体，当磁场方向与电流方向垂直时，在导体上下表面会产生电势差，这种现象为霍尔效应。下列说法正确的是()图4A上表面的电势高于下表面电势B仅增大h时，上下表面的电势差增大C仅增大d时，上下表面的电势差减小D仅增大电流I时，上下表面的电势差减小解析根据左手定则，知自由电子向上偏转，则上表面带负电，下表面带正电，下表面的电势高于上表面，A项错误；根据eBve，解得UBvh，根据电流的微观表达式IneSv，故UBh，知增大h，上下表面的电势差不变，与h无关，B项错误；由U，知仅增大d时，上下表面的电势差减小，C项正确；根据evBe，解得UvBh；根据电流的微观表达式IneSv，电流越大，电子的速度越大，故上下表面的电势差越大，D项错误。答案C5.磁流体发电是一项新兴技术，它可以把物体的内能直接转化为电能，如图5是它的示意图，平行金属板A、B之间有一个很强的磁场，将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负离子)喷入磁场，A、B两板间便产生电压。如果把A、B和用电器连接，A、B就是直流电源的两个电极，设A、B两板间距为d，磁感应强度为B，等离子体以速度v沿垂直于磁场的方向射入A、B两板之间，则下列说法正确的是 ()图5AA是直流电源的正极 BB是直流电源的正极C电源的电动势为Bdv D电源的电动势为qvB答案BC6如图6所示，匀强电场的方向竖直向下，匀强磁场的方向垂直纸面向里，三个油滴a、b、c带有等量同种电荷，其中a静止，b向右做匀速运动，c向左做匀速运动，比较它们的重力Ga、Gb、Gc间的大小，正确的是()图6 AGa最大 BGb最大 CGc最大 DGb最小答案CD7如图7所示是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2，平板S下方有强度为B0的匀强磁场。下列表述正确的是()图7A质谱仪是分析同位素的重要工具B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C能通过狭缝P的带电粒子的速率等于D粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小解析因同位素原子的化学性质完全相同，无法用化学方法进行分析，故质谱仪就成为同位素分析的重要工具，A正确；在速度选择器中，带电粒子所受电场力和洛伦兹力在粒子沿直线运动时应等大反向，结合左手定则可知B正确；再由qEqvB，有v，C正确；在匀强磁场B0中R，所以，D错误。答案ABC8(2017·陕西西安八校联考)如图8甲是回旋加速器的原理示意图，其核心部分是两个D形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中(磁感应强度大小恒定)，并分别与高频电源相连，加速时某带电粒子的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断正确的是()图8A高频电源的变化周期应该等于tntn2B在Ekt图象中t4t3t3t2t2t1C粒子加速次数越多，粒子获得的最大动能一定越大D不同粒子获得的最大动能都相同解析回旋加速器所加高频电源的频率与带电粒子在磁场中运动的频率相同，在一个周期内，带电粒子两次通过匀强电场而加速，故高频电源的变化周期为tntn2，A项正确；带电粒子在匀强磁场中的运动周期与粒子速度无关，故B项正确；粒子加速到做圆周运动的半径等于加速器半径时，速度达到最大，即：qvmaxBmEkmax，与加速次数无关，C项错误；不同粒子的比荷不同，最大动能也不一定相同，D项错。答案AB二、非选择题9. (2016·江西南昌调研)如图9所示，有一对平行金属板，板间加有恒定电压；两板间有匀强磁场，磁感应强度大小为B0，方向垂直于纸面向里。金属板右下方以MN、PQ为上、下边界，MP为左边界的区域内，存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁场宽度为d，MN与下极板等高。MP与金属板右端在同一竖直线上。一电荷量为q、质量为m的正离子，以初速度v0沿平行于金属板面、垂直于板间磁场的方向从A点射入金属板间，不计离子的重力。图9(1)已知离子恰好做匀速直线运动，求金属板间电场强度的大小；(2)若撤去板间磁场B0，已知离子恰好从下极板的右侧边缘射出电场，方向与水平方向成30°角，求A点离下极板的高度；(3)在(2)的情形中，为了使离子进入磁场运动后从边界MP的P点射出，磁场的磁感应强度B应为多大？解析(1)设板间的电场强度为E，离子做匀速直线运动，受到的电场力和洛伦兹力平衡，有qEqv0B0解得Ev0B0(2)设A点离下极板的高度为h，离子射出电场时的速度为v，根据动能定理，得qEhmv2mv离子在电场中做类平抛运动，水平分方向做匀速运动，有v解得h(3)设离子进入磁场后做匀速圆周运动的半径为r，根据牛顿第二定律，得qvB由几何关系得rcos 30°解得B答案(1)B0v0(2)(3)10.如图10所示，坐标系xOy在竖直平面内，水平轨道AD和斜面DC均光滑且绝缘，AD和DC的长度均为L，斜面DC与水平地面间的夹角60°，有一质量为m，电荷量为q的带电小球(可视为质点)被放在A点，已知在第一象限分布着相互垂直的匀强磁场和匀强电场，电场方向竖直向上，场强大小为E2，磁场为水平方向(图中垂直纸面向外)，磁感应强度为B；在第二象限分布着沿x轴正方向的水平匀强电场，场强大小为E1。现将放在A点的带电小球由静止释放，求：图10(1)带电小球运动到D点时的速度；(2)带电小球从A点出发到落地过程中所用的时间(小球所带的电荷量不变)。解析(1)设小球到达D点的速度为v，由动能定理得qE1Lmv2因E1，则小球到达D点时的速度为v。(2)由Lat，a解得小球从A点到D点所用的时间t1由于小球在第一象限所受到的重力与电场力等大反向，所以小球由D点进入第一象限后做匀速圆周运动，由牛顿第二定律和洛伦兹力公式得：Bqvm则小球运动的轨道半径为RL如图所示，小球运动的圆心O在OD的连线上，由几何关系可得：OOODRL设小球落在地面上的C点，OOC，则有cos ，60°由几何关系可知：OCRsin 60°，即C与C重合小球在第一象限中运动的时间为t2T所以小球由A点出发到落地的过程中所用的时间为：tt1t2。答案(1)(2)